결정질 실리콘 (c-Si)은 작은 결정 또는 단결정 실리콘 (단결정 실리콘), 연속 결정으로 구성된 다결정 실리콘 (다결정 Si)의 결정질 형태의 실리콘입니다. 결정질 실리콘은 태양 전지 생산을 위해 광전지 기술에 사용되는 지배적 인 반도체 물질입니다. 이 셀은 햇빛으로부터 태양 에너지를 생성하기 위해 태양 광 발전 시스템의 일부분으로 태양 전지판으로 조립됩니다.
전자 제품에서 결정질 실리콘은 일반적으로 단결정 실리콘 형태이며 마이크로 칩 생산에 사용됩니다.이 실리콘은 태양 전지에 필요한 것보다 훨씬 낮은 불순물 수준을 포함합니다. 반도체 등급 실리콘 생산은 단결정 실리콘을 성장시키기 위해 재결정 공정을 거친 후, 고순도 폴리 실리콘을 생산하기위한 화학적 정제 과정을 필요로합니다. 원통형 보울은 추가 가공을 위해 웨이퍼로 절단됩니다.
결정질 실리콘으로 만들어진 태양 전지는 1950 년대에 개발되었고 현재까지 가장 일반적인 유형으로 남아 있기 때문에 일반적으로 전통적인 태양 전지 또는 1 세대 태양 전지라고 불립니다. 이 제품들은 160-190 μm 두께의 태양열 웨이퍼 (태양 광 등급 실리콘의 대량 생산)에서 생산되기 때문에 때로 웨이퍼 기반 태양 전지라고합니다.
c-Si로 만든 태양 전지는 단일 접합 셀이며 일반적으로 2 세대 박막 태양 전지 인 경쟁 기술보다 효율적입니다. 가장 중요한 것은 CdTe, CIGS 및 비정질 실리콘 (a-Si)입니다. 비정질 실리콘은 실리콘의 동종 변이체이며 비결정질 형태를 나타내는 “무 모양”을 의미합니다.
개요
분류
동질성 형태의 실리콘은 단결정 구조에서 여러 개의 중간 품종을 가진 완전히 정렬되지 않은 비정질 구조까지 다양합니다. 또한 이들 각각의 형태는 여러 가지 이름과 더 많은 약어를 가질 수 있으며 특히 PV 기술과 같은 일부 재료와 그 응용은 중요하지 않지만 다른 재료는 매우 중요하므로 비전문가에게 혼동을 일으킬 수 있습니다.
태양 광 산업
그러나 광전지 산업은 두 가지 범주로 나뉩니다.
기존의 전통적인 웨이퍼 기반 태양 전지에 사용되는 결정질 실리콘 (c-Si) :
단결정 실리콘 (모노 -Si)
다결정 실리콘 (다결정 실리콘)
리본 실리콘 (ribbon-Si)은 현재 시장이 없습니다.
결정 실리콘으로 분류되지 않고 박막 및 기타 태양 전지 기술에 사용됨 :
비정질 실리콘 (a-Si)
나노 결정 실리콘 (nc-Si)
프로토 크리스탈 실리콘 (pc-Si)
CdTe, CIGS와 같은 다른 비 규소 재료
신흥 태양 광
공간 기반 태양 광 발전을위한 우주선의 태양 전지 패널에 일반적으로 사용되는 다중 접합 태양 전지 (MJ). 또한 햇빛을 많이받는 위치에 가장 적합한 신흥 기술인 집광기 태양 광 (CPV, HCPV)에도 사용됩니다.
세대
대안 적으로, 상이한 유형의 태양 전지 및 / 또는 그들의 반도체 물질은 세대에 따라 분류 될 수있다 :
제 1 세대 태양 전지는 전통적인 실리콘 기반의 태양 전지라고도하는 결정질 실리콘으로 만들어지며 단결정 (모노 실리콘) 및 다결정 (다결정 실리콘) 반도체 재료를 포함합니다.
2 세대 태양 전지 또는 패널은 박막 기술을 기반으로하며 상업적으로 중요합니다. 여기에는 CdTe, CIGS 및 비정질 실리콘이 포함됩니다.
3 세대 태양 전지는 종종 시장의 중요성이 거의 없거나 전혀없는 신흥 기술로 분류되며 유기 물질을 주로 사용하고 유기 금속 화합물을 사용하는 광범위한 물질을 포함합니다.
논쟁의 여지는 있지만, 다중 접합 광전지는이 세대들로 분류 될 수 없다. 전형적인 삼중 접합 반도체는 InGaP / (In) GaAs / Ge로 만들어진다.
기술 사양 비교
| 카테고리 | 과학 기술 | η (%) | VOC (V) | 나는 SC (A) | 승 / ㎡ | t (㎛) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 박막 태양 전지 | a-Si | 11.1 | 6.3 | 0.0089 | 33 | 1 |
| CdTe | 16.5 | 0.86 | 0.029 | – | 5 | |
| CIGS | 20.5 | – | – | – |
시장 점유율
2013 년에는 기존의 결정질 실리콘 기술이 전세계 PV 생산을 주도했으며 multi-Si는 모노 Si보다 앞서 시장을 이끌며 각각 54 %와 36 %를 차지했습니다. 지난 10 년간 박막 기술의 전세계 시장 점유율은 18 % 이하로 정체되어 현재 9 %에 머물러 있습니다. 박막 시장에서 CdTe는 연간 2GWp 또는 5 %의 생산량을 기록하며 그 다음으로 a-Si 및 CIGS가 약 2 %의 생산량을 기록하고 있습니다 .4,18 항상 배치 된 139Gigawatts (2013 년 누적) 121 GW 결정질 실리콘 (87 %)과 18 GW 박막 (13 %) 기술로 분리됩니다.
능률
PV 장치의 변환 효율은 들어오는 방사 된 빛에 비해 나가는 전력의 에너지 비율을 나타냅니다. 단일 태양 전지는 일반적으로 전체 태양 광 모듈보다 더 좋거나 더 높은 효율을 보입니다. 또한 실험실 효율은 항상 시판중인 상용 제품보다 훨씬 앞서 있습니다.
실험실 세포
2013 년에 실험실 전지 효율은 결정질 실리콘에서 가장 높았습니다. 그러나 멀티 실리콘은 텔루르 화 카드뮴 및 구리 인듐 갈륨 셀레 나이드 태양 전지
25.6 % – 단결정 Si 전지
20.4 % – 다중 Si 전지
21.7 % – CIGS 셀
21.5 % – CdTe 셀
이들은 모두 단일 접합 태양 전지입니다. 고농도, 다중 접합 셀의 경우 2014 년의 기록은 44.7 %에 달했다.
모듈
평균 상용 실리콘 결정 모듈은 지난 10 년 동안 효율을 약 12에서 16 퍼센트로 증가시켰다. 같은 기간 CdTe 모듈은 효율성을 9 %에서 16 %로 향상 시켰습니다. 2014 년 실험실 조건에서 가장 잘 수행되는 모듈은 단결정 실리콘으로 만들어졌습니다. 이는 상업적으로 생산 된 모듈의 효율 (23 % 대 16 %)보다 7 % 포인트 높았으며 이는 기존의 실리콘 기술이 여전히 개선되고 따라서 선두 위치를 유지할 잠재력이 있음을 나타냅니다.
2014 년 집중 장치 기술을 사용하는 다중 접합 모듈의 실험실 모듈 효율성이 36.7 %에 이르렀습니다.
에너지 회수 시간
에너지 회수 시간 (EPBT)은 제조 및 설치에 사용 된 것과 동일한 양의 에너지를 생성하기 위해 PV 시스템이 작동해야하는 시간을 나타냅니다. 수년 후에 주어진이 에너지 상각비는 손익분기 에너지 회수 기간이라고도합니다. EPBT는 PV 시스템이 설치된 위치 (예 : 사용 가능한 햇빛의 양)와 시스템의 효율성, 즉 PV 기술 유형 및 시스템 구성 요소에 크게 의존합니다.
1990 년대의 라이프 사이클 분석 (LCA)에서 에너지 회수 기간은 종종 10 년이라는 높은 것으로 인용되었습니다. 2000 년대 초반에 이미 3 년 미만으로 줄어들었지만 “태양 광 발전소는 에너지를 생산하는데 사용 된 에너지를 갚지 못한다”는 신화는 현재까지 지속되는 것으로 보인다.
EPBT는 순 에너지 이득 (NEG)과 에너지 투자로 반환되는 에너지 (EROI)의 개념과 밀접하게 관련됩니다. 그들은 둘 다 에너지 경제학에서 사용되며 에너지 원을 수확하기 위해 소비 된 에너지와 그 수확에서 얻은 에너지의 양을 나타냅니다. NEG 및 EROI는 또한 PV 시스템의 작동 수명을 고려하며 일반적으로 25 ~ 30 년의 효과적인 생산 수명이 가정됩니다. 많은 제조업체가 현재 자사 제품에 대해 25 년 보증을 제공하기 때문입니다. 이러한 측정 기준에서 에너지 회수 시간은 계산으로 도출 할 수 있습니다.
여러 지역 및 기술에 대한 에너지 회수 기간
| 위치 예제들 |
결정질 실리콘 | 얇은 필름 | CPV | 방사 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 모노 | 멀티 | a-Si | CIGS | CdTe | ||||
| 북 중부 유럽, 캐나다 | 3.3 | 2.1 | 2.4 | 1.7 | 1.1 | – | 1200 kWh | |
| 남부 유럽, 미국, 남미, 인도 | 1.8 | 1.2 | 1.3 | 0.9 | 0.7 | 0.8 | 1700 kWh | |
| 미국 남서부, 호주, 아프리카, 중동 | 1.5 | <1.2 | 0.9 | <0.9 | <0.7 | <0.8 | 1900 kWh | |
| 출처 : Fraunhofer FHI, 에너지 회수 시간, 프리젠 테이션 슬라이드 및 광전 보고서, p. 30-32 표 : kWh / m² / a – 1 평방 미터 당 연간 킬로와트 – 글로벌 가로 방사선 조사 |
||||||||
EPBT 개선
EPBT는 박막 기술보다 결정질 실리콘을 사용하는 PV 시스템에서 항상 길었습니다. 이것은 실리콘이 전기로에서 고급 석영 모래를 감소시켜 생성된다는 사실 때문입니다. 이 탄화 제련 공정은 1000 ° C 이상의 고온에서 발생하며 생산 된 실리콘 킬로그램 당 약 11 킬로와트시 (kWh)를 사용하여 매우 에너지 집약적입니다. 그러나 결정질 실리콘 셀은 햇빛을 전환 시키는데있어서 더욱 효율적이면서 웨이퍼 재료의 두께는 지속적으로 감소되었으므로 에너지 회수 시간은 지난 몇 년 동안 현저히 단축되었다.지난 10 년 동안 태양 전지에 사용 된 실리콘의 양은 와트 피크 당 16g에서 6g으로 감소했습니다. 같은 기간에 c-Si 웨이퍼의 두께는 300 μm 또는 미크론에서 약 160-190 μm로 감소되었습니다. 결정질 실리콘 웨이퍼는 현재 400μm 정도였던 1990 년의 40 % 두께에 불과합니다. : 결정 실리콘 잉곳을 웨이퍼로 슬라이싱하는 톱질 기술은 커프 손실을 줄이고 실리콘 톱밥을 재활용하십시오.
재료 및 에너지 효율을위한 핵심 매개 변수
<table>
<tbody>
<tr>
<th> 매개 변수 </ th>
<th> Mono-Si </ th>
<th> CdTe </ th>
</ tr>
<tr>
<td> 셀 효율성 </ td>
<td> 16.5 % </ td>
<td> 15.6 % </ td>
</ tr>
<tr>
<td> 모듈 효율성에 맞게 셀 디 레이션 </ td>
<td> 8.5 % </ td>
<td> 13.9 % </ td>
</ tr>
<tr>
<td> 모듈 효율성 </ td>
<td> 15.1 % </ td>
<td> 13.4 % </ td>
</ tr>
<tr>
<td> 웨이퍼 두께 / 층 두께 </ td>
<td> 190 μm </ td>
<td> 4.0 μm </ td>
</ tr>
<tr>
<td> 커프 손실 </ td>
<td> 190 μm </ td>
<td> – </ td>
</ tr>
<tr>
<td> 셀당 실버 </ td>
<td> 9.6 g / m2 </ sup> </ td>
<td> – </ td>
</ tr>
<tr>
<td> 유리 두께 </ td>
<td> 4.0 mm </ td>
<td> 3.5 mm </ td>
</ tr>
<tr>
<td> 운영 수명 </ td>
<td> 30 년 </ td>
<td> 30 년 </ td>
</ tr>
<tr>
<th colspan = “3”> 출처 : <i> IEA-PVPS, 수명주기 평가, 2015 년 3 월 </ i> </ i>
</ tr>
</ tbody>
</ table>
독성
비정질 실리콘을 제외하고 대부분의 상업적으로 확립 된 PV 기술은 중금속을 사용합니다. CIGS는 종종 CdS 버퍼층을 사용하고 CdTe 기술의 반도체 소재는 독성 카드뮴 (Cd)을 포함합니다. 결정 실리콘 모듈의 경우, 셀의 구리 스트링을 함께 결합하는 솔더 재료는 납 (Pb)의 약 36 %를 함유합니다. 또한 스크린 인쇄 앞면과 뒷면 접촉에 사용되는 페이스트에는 Pb의 흔적과 때로는 Cd가 포함되어 있습니다. 100 기가 와트의 c-Si 태양 전지 모듈에 약 1,000 톤의 Pb가 사용되었다고 추정된다. 그러나 솔더 합금의 납에 대한 기본적인 필요성은 없습니다.
셀 기술
퍼크 태양 전지
부동화 이미 터 후면 접촉 (PERC) 태양 전지는 태양 전지의 후면에 여분의 층을 추가하여 구성됩니다.이 유전 수동 층은 태양 전지 효율을 증가시키는 제 2 흡수 시도를 위해 흡수되지 않은 광을 태양 전지로 다시 반사 시키도록 작용한다.
PERC는 추가 증착 및 에칭 공정을 통해 만들어집니다. 에칭은 화학적 또는 레이저 공정으로 수행 할 수 있습니다.
HIT 태양 전지
HIT 태양 전지는 초박형 비정질 실리콘 층으로 둘러싸인 단결정 결정 실리콘 웨이퍼로 구성됩니다.HIT의 약자는 Intrinsic Thin 층이있는 Heterojunction을 나타냅니다. HIT 세포는 일본의 다국적 전자 회사 인 Panasonic (산요 § 태양 전지 및 식물도 참조)에서 생산됩니다. 파나소닉과 다른 몇몇 단체들은 전통적인 c-Si 대비 HIT 디자인의 몇 가지 장점을 다음과 같이보고했다.
고유의 a-Si 층은 c-Si 웨이퍼에 효과적인 표면 보호 층으로서 작용할 수있다.
2. p + / n + 도핑 된 a-Si는 셀에 대한 효과적인 이미 터 / BSF 역할을합니다.
3. a-Si 층은 전통적인 확산 된 c-Si 기술의 공정 온도에 비해 훨씬 낮은 온도에서 증착됩니다.
4. HIT 셀은 c-Si 셀 기술에 비해 낮은 온도 계수를가집니다.
이러한 모든 장점으로 인해이 새로운 이종 접합 태양 전지는 전통적인 c-Si 기반 태양 전지의 유망한 저비용 대안으로 간주됩니다.
HIT 세포 제작
제조 순서의 세부 사항은 그룹마다 다릅니다. 일반적으로 좋은 품질의 CZ / FZ 성장 c-Si 웨이퍼 (~ 1ms 수명 포함)가 HIT 셀의 흡수층으로 사용됩니다. NaOH 또는 (CH3) 4NOH와 같은 알칼리 에칭액을 사용하여 웨이퍼의 (100) 표면을 텍스처링하여 5-10μm 높이의 피라미드를 형성합니다. 다음으로, 웨이퍼는 퍼 옥사이드 및 HF 용액을 사용하여 세정된다. 그 다음에 PECVD 또는 Hot-wire CVD를 통해 본질적인 a-Si 패시베이션 층을 증착합니다. H2로 희석 된 실란 (SiH4) 가스가 전구체로 사용됩니다. 증착 온도 및 압력은 200oC 및 0.1-1Torr에서 유지된다. 이 단계에 대한 정확한 제어는 결함이있는 에피 택셜 Si의 형성을 피하는 데 필수적입니다. 증착 및 어닐링 사이클 및 H2 플라즈마 처리는 탁월한 표면 패시베이션을 제공하는 것으로 나타났다. SiH4와 혼합 된 디보 란 또는 트리메틸 붕소 가스는 p 형 a-Si 층을 증착 시키는데 사용되는 반면, SiH4와 혼합 된 포스 핀 가스는 n 형 a-Si 층을 증착 시키는데 사용된다. 도핑 된 a-Si 층을 c-Si 웨이퍼에 직접 증착하는 것은 매우 불량한 패시베이션 특성을 갖는 것으로 나타났다는 것을 알아야한다. 이것은 a-Si 층에서의 도펀트 유도 된 결함 생성에 기인 한 것 같다. 스퍼터링 된 인듐 주석 산화물 (ITO)은 a-Si가 높은 측면 저항을 가지므로 양면 디자인에서 전면 및 후면 a-Si 레이어 위에 투명 전도성 산화물 (TCO) 레이어로 일반적으로 사용됩니다. 백 메탈의 확산을 방지하고 반사광에 대한 임피던스 정합을 피하기 위해 일반적으로 전면에 완전히 증착 된 셀에도 증착됩니다. 50-100μm 두께의은 / 알루미늄 격자는 양면 디자인을 위해 전면 접촉과 후면 접촉을위한 스텐실 인쇄를 통해 증착됩니다. 제조 공정에 대한 자세한 설명은에서 찾을 수 있습니다.
HIT 세포의 광전기 모델링 및 특성화
문헌은 이들 세포에서 캐리어 수송 병목 현상을 해석하기위한 몇 가지 연구를 논의한다. 전통적인 빛과 어두운 IV는 광범위하게 연구되어 왔으며 전통적인 태양 전지 다이오드 이론을 사용하여 설명 할 수없는 몇 가지 사소한 특징을 갖는 것으로 관찰됩니다. 이는 전류 흐름에 추가적인 복잡성을 초래하는 고유의 a-Si 층과 c-Si 웨이퍼 사이에 헤테로 접합이 존재하기 때문입니다. 또한 CV, 임피던스 분광기, 표면 광 전압, suns-Voc을 사용하여 보완적인 정보를 생성하는이 태양 전지를 특성화하기위한 상당한 노력이있었습니다.
또한, 새로운 이미 터의 사용, 이원 접합 (biifacial configuration), 쌍면 접촉 (interdigitated back contact, IBC) 배치 등의 여러 가지 설계 개선이 양면 – 탠덤 구성을 적극적으로 추구하고있다.
모노 실리콘
단결정 실리콘 (모노 c-Si)은 결정 구조가 물질 전체에 걸쳐 균일 한 형태이다. 방향, 격자 파라미터 및 전자 특성은 재료 전체에 걸쳐 일정합니다. 인 및 붕소와 같은 도펀트 원자는 종종 각각 실리콘 n 형 또는 p 형을 만들기 위해 필름에 혼입된다. 단결정 실리콘은 일반적으로 Czochralski Growth 방법으로 실리콘 웨이퍼 형태로 제조되며 원하는 단결정 웨이퍼 (300mm Si 웨이퍼의 경우 약 200 달러)의 방사형 크기에 따라 상당히 비쌉니다. 이 단결정 소재는 유용하지만, 제품의 최종 가격의 약 40 %가 셀 제조에 사용되는 실리콘 웨이퍼 시작 비용에 기인하는 광전지 제조와 관련된 주요 비용 중 하나입니다.
다중 실리콘
다결정 실리콘 (멀티 c-Si)은 전형적으로 1mm보다 큰 다양한 결정 학적 배향을 갖는 많은 더 작은 실리콘 입자로 구성된다. 이 물질은 원하는 결정 구조의 종 결정을 이용하여 액체 규소를 냉각시킴으로써 쉽게 합성 될 수있다. 또한, 고온 화학 기상 증착 (CVD)과 같은 더 작은 입자의 다결정 실리콘 (poly-Si)을 형성하기위한 다른 방법이 존재한다.
결정질 실리콘으로 분류되지 않음
실리콘의 이러한 동종 형태는 결정질 실리콘으로 분류되지 않습니다. 그들은 박막 태양 전지 그룹에 속합니다.
비정질 실리콘
비정질 실리콘 (a-Si)은 장거리 주기적 순서를 갖지 않습니다. 독립형 재료로서 태양 전지에 비정질 실리콘을 적용하는 것은 열등 전자 특성에 의해 다소 제한됩니다. 그러나 탠덤 (tandem) 및 3 중 접합 (triple-junction) 태양 전지에서 미정 질 실리콘과 쌍을 이루면 단일 접합 태양 전지보다 높은 효율을 얻을 수 있습니다. 태양 전지의이 직렬 어셈블리는 1.7-1.8 eV 밴드 갭의 비정질 실리콘의 밴드 갭과 비교하여 약 1.12 eV (단결정 실리콘과 동일)의 밴드 갭을 갖는 박막 물질을 얻을 수있게한다. 탠덤 태양 전지는 단결정 실리콘과 유사한 밴드 갭으로 제조 될 수 있지만 비정질 실리콘의 용이성으로 제조 될 수 있기 때문에 매력적이다.
나노 결정 실리콘
나노 결정 실리콘 (nc-Si)은 때로 미정 질 실리콘 (μc-Si)으로도 알려져 있으며 다공성 실리콘의 한 형태입니다. 그것은 paracrystalline 구조를 가진 실리콘의 allotropic 형태입니다 – 그것은 비정질 단계를 가지고 있다는 점에서 비정질 실리콘 (a-Si)과 유사합니다. 그러나 이들이 다르다면, nc-Si는 비정질상 내에 결정질 실리콘 입자가 작다는 것이다. 이것은 결정질 실리콘 입자로만 구성되고 결정립 경계로 분리 된 다결정 실리콘 (poly-Si)과는 대조적입니다. 그 차이는 결정질 입자의 입자 크기에 기인합니다.마이크로 미터 범위의 입자를 가진 대부분의 재료는 실제로 미세 입자가있는 폴리 실리콘이므로 나노 결정 실리콘이 더 나은 용어입니다. 나노 결정 실리콘이라는 용어는 실리콘 박막에서 비정질에서 미결정으로의 전이 영역 주변 물질의 범위를 지칭합니다.
프로토 크리스탈 실리콘
Protocrystalline 실리콘은 비정질 실리콘 (a-Si)보다 높은 효율을 가지며 안정성을 향상 시키지만 제거하지는 못하는 것으로 나타났습니다. 원형 결정상은 미세 결정 형태로 진전하는 결정 성장 중에 발생하는 별개의 상이다.
Protocrystalline Si는 또한보다 규칙적인 결정 구조로 인해 밴드 갭 근처에서 상대적으로 낮은 흡수율을 보입니다. 따라서, 프로토 결정질 및 비정질 실리콘은 탠덤 (tandem) 태양 전지에서 결합 될 수 있는데, 여기서, 얇은 protocrystalline 실리콘의 최상층은 단파장 빛을 흡수하고 반면에 더 긴 파장은 아래에있는 a-Si substrate에 흡수된다.
결정질 실리콘으로의 비정질 변환
비정질 실리콘은 널리 이해되고 널리 실용화 된 고온 어닐링 공정을 사용하여 결정 실리콘으로 변형 될 수있다. 산업계에서 사용되는 전형적인 방법은 고온 유리와 같이 제조 비용이 높은 고온 호환성 재료가 필요합니다. 그러나, 본질적으로 매력없는 생산 방법 인 많은 용도가 있습니다.
저온 유도 결정화
유연한 태양 전지는 태양 광 발전소보다 눈에 띄지 않는 통합 발전에 관심의 대상이되어 왔습니다. 이러한 모듈은 전신주 나 휴대 전화 타워 주변을 감싸는 등 전통적인 세포가 실현되지 않는 영역에 배치 될 수 있습니다. 이 적용 예에서, 광전지 재료는 종종 중합체 인가요 성 기판에 도포 될 수있다. 그러한 기질은 전통적인 어닐링 동안 경험 한 고온에서 견디지 못한다. 대신, 하부 기판을 교란시키지 않고 실리콘을 결정화하는 새로운 방법이 광범위하게 연구되어왔다. Aluminum-induced crystallization (AIC) 및 국소 레이저 결정화는 문헌에서 흔히 볼 수 있지만, 산업계에서는 널리 사용되지 않는다.
이들 방법 모두에서, 비정질 실리콘은 플라즈마 강화 화학 기상 증착 (PECVD)과 같은 전통적인 기술을 사용하여 성장된다. 결정화 방법은 증착 후 처리 중에 발산한다.
알루미늄 유도 된 결정화에서, 알루미늄 (50nm 이하)의 얇은 층이 비정질 실리콘의 표면 상에 물리적 증착에 의해 증착된다. 이 물질 스택은 진공 상태에서 140 ° C에서 200 ° C 사이의 비교적 낮은 온도에서 어닐링됩니다. 비정질 실리콘으로 확산되는 알루미늄은 존재하는 수소 결합을 약화시켜 결정 핵 생성 및 성장을 가능하게한다고 믿어진다. 실험에 따르면 0.2 ~ 0.3 μm 정도의 입자를 가진 다결정 실리콘이 150 ° C의 낮은 온도에서 생산 될 수 있음이 입증되었습니다. 결정화되는 필름의 부피 분율은 어닐링 공정의 길이에 의존한다.
알루미늄 유도 결정화는 적절한 결정학 및 전자 특성을 갖는 다결정 실리콘을 생성하여 광전지 용 다결정 박막을 생산할 수있는 후보 물질로 만든다. AIC는 결정질 실리콘 나노 와이어 및 기타 나노 스케일 구조를 생성하는 데 사용될 수 있습니다.
동일한 결과를 얻는 다른 방법은 상한 기판을 약간의 상한선을 넘어서 가열하지 않고 국부적으로 실리콘을 가열하는 레이저의 사용이다. 엑시머 레이저 또는 주파수 이중화 Nd : YAG 레이저와 같은 녹색 레이저를 사용하여 비정질 실리콘을 가열하여 입자 성장 핵 생성에 필요한 에너지를 공급합니다. 광범위한 용융을 일으키지 않고 결정화를 유도하기 위해서는 레이저 플루 언스를 신중하게 제어해야합니다. 필름의 결정화는 실리콘 필름의 아주 작은 부분이 녹고 냉각되도록하여 발생합니다. 이상적으로는, 레이저는 전체 두께를 통해 실리콘 막을 녹여야하지만 기판을 손상시키지 않아야합니다. 이를 위해 이산화 규소 층을 추가하여 열 장벽 역할을하기도합니다. 이는 표준 어닐링의 고온에 노출 될 수없는 기판, 예를 들어 폴리머의 사용을 허용합니다. 폴리머 기반의 태양 전지는 일상적인 표면에 태양 전지를 배치하는 것을 포함하여 완벽하게 통합 된 전력 생산 방식에 관심이 있습니다.
비정질 실리콘을 결정화하기위한 세 번째 방법은 열 플라즈마 제트의 사용이다. 이 전략은 레이저 프로세싱과 관련된 몇 가지 문제 즉, 작은 결정 영역과 생산 규모의 높은 공정 비용을 완화하려는 시도입니다. 플라즈마 토치는 비정질 실리콘을 열적으로 어닐링하는 데 사용되는 간단한 장비입니다. 레이저 방법에 비해이 기술은 더 간단하고 비용 효과적입니다.
플라즈마 토치 어닐링은 공정 파라미터 및 장비 치수를 쉽게 변경하여 다양한 수준의 성능을 얻을 수 있으므로 매력적입니다. 이 방법으로 높은 수준의 결정화 (~ 90 %)를 얻을 수 있습니다. 단점은 필름의 결정화에서 균일 성을 얻는 것이 어렵다는 것을 포함한다. 이 방법은 유리 기판 위의 실리콘에 자주 적용되는 반면, 가공 온도는 폴리머에 비해 너무 높을 수 있습니다.